Amplificadores operacionales - tipos, designaciones, cajas de amplificadores

Un poco de historia

Primero, algunas palabras sobre qué son los amplificadores operacionales (amplificadores operacionales). El nombre en sí sugiere que algunas operaciones se realizan con su ayuda. ¿Podría ser un instrumento quirúrgico? En absoluto Esta herramienta está diseñada para realizar varias operaciones matemáticas.

Inicialmente, los amplificadores operacionales se usaban en computadoras analógicas (AVM), en las cuales la información estaba representada por señales continuas en forma de corrientes y voltajes.

Aunque las AVM ahora son cosa del pasado, señales analógicasobtenidos de varios sensores (por ejemplo, la presión del fluido o el ángulo de rotación del pedal del acelerador) todavía se usan ampliamente. Y simplemente no hay a dónde ir desde esto.

Con mayor frecuencia, las señales analógicas se convierten en digitales utilizando, por ejemplo, un ADC, y su procesamiento posterior se realiza digitalmente mediante microprocesadores o microcontroladores.

Amplificadores Operacionales de Lámpara

Primero, los AVM de tubo fijo, las operaciones matemáticas en datos analógicos se realizaron utilizando circuitos especiales, que se llamaron amplificadores operacionales. Naturalmente, los primeros amplificadores operacionales fueron amplificadores de tubo. Su apariencia y diagrama se muestran en las Figuras 1 y 2.

Figura 1

Figura 2

El diseño del amplificador operacional está claro en la figura: todo el circuito se ensambló en una carcasa y simplemente se insertó en el zócalo utilizando una base octal como una sola lámpara. La base elemental, como se muestra en la Figura 2, es un par de lámparas: triodos dobles. Como si solo 4 transistores.

Amplificadores operacionales de transistores

Después de la llegada de los transistores, los amplificadores operacionales comenzaron a implementarse en forma de placas con conectores, y este estado de cosas continuó hasta que se inventaron los circuitos integrados. Esto mejoró un poco el estado general de las cosas, privó al circuito de todos los inconvenientes del "tubo": alto consumo de energía y baja confiabilidad debido a la vida limitada de la lámpara. Pero los amplificadores operacionales de transistores tenían sus inconvenientes. En primer lugar, sus dimensiones eran bastante grandes, me gustaría menos.

Amplificadores operacionales integrados

El primer amplificador operacional integrado µA702 fue desarrollado en 1963 por Robert Widlar, un empleado de Fairchild Semiconductor. El dispositivo contenía solo 9 transistores, pero costó hasta $ 300, lo que permitió que se usara solo en desarrollos para la industria militar. Pero en general, fue un gran paso adelante, uno de los mayores descubrimientos en electrónica.

Ya en 1965, Robert Widlar diseñó el amplificador operacional µA709, que cuesta mucho menos fabricar, por solo $ 10. E incluso ese precio no permitía que se usara para electrodomésticos, pero era bastante aceptable para la automatización industrial, etc. tareas

En 1967, Widlar se unió al National Semiconductor, donde bajo su liderazgo desarrollaron el LM101, que tenía las mejores características. En 1968, Fairchild lanzó el µA741, que tenía corrección de frecuencia interna, lo que hizo que su funcionamiento fuera aún más estable: un amplificador operacional con corrección interna no es propenso a la autoexcitación.

Como ya dije El objetivo principal del amplificador operacional es realizar operaciones matemáticas en variables analógicas representadas por voltajes (suma, integración, multiplicación, etc.). Pero más tarde se hizo evidente que el amplificador operacional es un elemento muy universal, y su aplicación es simplemente ilimitada: amplificación de señal, filtros de frecuencia activa, generadores, comparadores y mucho mas

Ahora los amplificadores operacionales se producen en cantidades tales que es simplemente imposible sin su uso. Además, el precio de estos productos electrónicos es en algunos casos muy bajo y las posibilidades son muy altas. Varios amplificadores operacionales ya están ubicados en una carcasa, el consumo de micro potencia y un nivel muy bajo de ruido propio acercan los amplificadores reales a los ideales. Todo esto permite el uso de amplificadores operacionales incluso en equipos de sonido profesionales (mezcladores multicanal), haciéndolos simplemente irremplazables.

Por supuesto, la historia de la aparición y el desarrollo de amplificadores operacionales es mucho más larga y, probablemente, más interesante, pero por ahora nos limitaremos a esta información.

Símbolos de amplificador operacional

O una historia sobre triángulos y rectángulos.

Los primeros pasos en la radioafición comienzan, por regla general, con el uso de transistores discretos, que, a menudo con cierta ironía o, por el contrario, respeto, los expertos experimentados simplemente llaman "flojo". En tales transistores puede hacer casi cualquier cosa, pero a menudo esta ocupación requiere una calificación bastante alta del intérprete.

Un ejemplo simple: ajustar un UMZCH de alta calidad puede costar varios conjuntos de transistores potentes y caros. Para evitar que esto suceda, debe tener suficiente experiencia en la construcción de dichos dispositivos, usar varios dispositivos de protección en los circuitos de alimentación y carga. En el caso más simple, lámparas incandescentes de la tensión y potencia correspondientes.

Se puede lograr mucho más rápido que los resultados finales sobre la base del "amplificador" si utiliza el ULF en el rendimiento integrado. Acabo de agregar unas pocas resistencias, condensadores, una fuente de alimentación, un bloqueo tímbrico y, por favor, tiene un amplificador listo frente a usted. Pero aquí hablaremos sobre amplificadores operacionales, su uso en diseños de radioaficionados.

Probablemente nadie recolectará AVM en casa y todo tipo de sumadores, diferenciadores. Un uso muy extendido de amplificadores operacionales en amplificadores, mezcladores y justo al reparar diversos equipos electrónicos requerirá al menos conocimientos básicos sobre amplificadores operacionales. Sobre qué se escribirá en este artículo.

Cómo se indican los amplificadores operacionales en los circuitos eléctricos

Al igual que todas las partes de radio de los amplificadores operacionales, se indican en los diagramas utilizando UGO: símbolos gráficos convencionales. Las designaciones pueden ser muy diversas, aunque, en general, significan lo mismo. Al primer conocimiento de los circuitos en amplificadores operacionales, surgen dudas, de repente haré algo mal, de repente todo simplemente se quemará.

Si no tiene en cuenta la estructura interna de los amplificadores operacionales, que, por cierto, es bastante complicada a primera vista (estas son las tradiciones de la electrónica integrada), externamente los operarios parecen simples y lógicos. La descripción adicional se referirá solo a las conclusiones externas y su uso en varios esquemas.

Un amplificador operacional moderno generalmente tiene dos entradas, una salida y dos salidas para conectar la alimentación. Este es el conjunto mínimo "caballeroso". Además de las conclusiones anteriores, puede haber conclusiones para conectar elementos de corrección de frecuencia, conclusiones para equilibrar (ajuste cero en la salida). En la Figura 1 se muestran varios UGO para amplificadores operacionales. Considérelos tan detallados como sea posible.

Figura 3

En las Figuras 1a y 1b, los casos del amplificador operacional se muestran en forma de un triángulo isósceles. Sí, esto no es más que una carcasa de microchip. En el lado izquierdo hay 2 entradas: inversión (indicada por un signo menos o un círculo pequeño) y no inversión (indicada por un signo más o simplemente dibujada sin círculo). Nota: si el circuito se dibuja de acuerdo con las "reglas de buen tono", entonces todas las entradas están a la izquierda y las salidas están a la derecha del elemento en cuestión.Las conclusiones auxiliares, por ejemplo, corrección, nutrición, se pueden ubicar a su gusto.

Aquí, justo en la esquina derecha del triángulo hay una salida con la inscripción "Salida", y los terminales para conectar la alimentación, a menudo dos polares, se muestran arriba y abajo. Para no sobrecargar, no empañe las conclusiones del circuito, las fuentes de alimentación a menudo no se muestran. Su adhesión se indica simplemente en las notas del esquema.

El caso de un amplificador operacional puede representarse como un rectángulo, como se muestra en la Figura 1c. Todas las demás partes de esta figura son las mismas que en el caso de un caso triangular.

Cajas para amplificadores operacionales

La tecnología moderna de semiconductores ha logrado tales avances que simplemente no se puede contar el número de estructuras de semiconductores en un recinto. Es suficiente recordar los microprocesadores modernos, la cantidad de transistores en los que asciende a miles de millones de piezas. Por lo tanto, colocar en un caso varios amplificadores operacionales que contienen solo unas pocas docenas de transistores es incluso una cuestión muy simple.

Figura 4

La ubicación de los terminales de los amplificadores operacionales de varios tipos en los mismos casos es la misma, lo que hace que sea muy fácil reemplazarlos, especialmente en los casos en que los amplificadores operacionales están instalados en conectores - enchufes. Pero al mismo tiempo, los amplificadores operacionales del mismo tipo se pueden fabricar en casos completamente diferentes. Esta variedad es necesaria en condiciones de producción en masa y a gran escala, principalmente por la conveniencia de desarrollar placas de circuito impreso y el diseño completo de un dispositivo electrónico.

La Figura 3 muestra los amplificadores operacionales hechos en los casos DIP8, DIP14.

Figura 5

La Figura 4 muestra un amplificador operacional tipo 4558 en un gabinete tipo SIP-8: un gabinete de ocho pines de una sola fila.

Figura 6

Actualmente, los amplificadores operacionales en gabinetes SMD están ganando una creciente popularidad.

Figura 7

En el próximo artículo, consideraremos el amplificador operacional ideal, sus entradas y salidas y algunas propiedades básicas que serán útiles en el proceso de autodesarrollo y fabricación (lea solo soldar en su tiempo libre) de varios esquemas "para el alma". Y es realmente bueno si se reemplaza el proceso de soldadura paneles sin soldadurasobre el cual el artículo ya ha sido.

Continuación del artículo:El amplificador operacional ideal

Boris Aladyshkin